Как найти массу сгорания вещества

Из предыдущих уроков вы усвоили такие темы, как «Удельная теплоемкость«, «Количество теплоты, необходимое для нагревания тела или выделяемое им при охлаждении«, «Сгорание топлива. Удельная теплота сгорания«. Теперь мы можем перейти к решению задач на сгорание топлива, но при этом вам понадобятся знания из перечисленных выше уроков.

Также при решении задач вам могут понадобиться определенные справочные материалы для разных веществ: значения удельной теплоемкости, удельной теплоты сгорания и плотности.

Формулы, которые мы будем использовать в этом уроке:

• $Q = qm$, где $q$ — удельная теплота сгорания
• $Q = cm(t_2 — t_1)$, где $c$ — удельная теплоемкость
• $eta = frac{A_п}{A_з} = frac{Q_п}{Q_з}$ или $eta = frac{Q_п}{Q_з} cdot 100 %$, где $Q_п$ — количество теплоты, необходимое для нагревания тела, $Q_з$ — количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива и направленное на нагревание тела

Задача №1

Какое количество теплоты выделится при сгорании керосина массой $300 space г$?

$Q — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Задача №2 

Заряд пороха в патроне пулемета имеет массу $3.2 space г$. Теплота сгорания пороха равна $3.8 frac{МДж}{кг}$. Сколько выделяется тепла при каждом выстреле?

$Q — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Задача №3

Какая масса древесного угля при сгорании дает столько же энергии, сколько выделяется при сгорании четырех литров бензина?

$m_у — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Задача №4

Начальная температура двух литров воды составляет $20 degree C$. До какой температуры можно было бы нагреть эту воду при сжигании $10 space г$ спирта? (Считать, что теплота сгорания спирта целиком пошла на нагревание воды).

При записи условий задачи, обозначим все величины, связанные с водой, нижним индексом “в”, а со спиртом — “с”.

Показать решение и ответ

Скрыть

Задача №5

При сжигании смеси, состоящей из бурого угля и каменного угля, выделилось количество теплоты, равное $78.2 space МДж$. Какая масса бурого угля содержалась в смеси, если известно, что она была в 2 раза больше, чем масса каменного? Удельная теплота сгорания бурого угля составляет $1.5 cdot 10^7 frac{Дж}{кг}$.

$m_1 — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Задача №6

Какой объем природного газа сгорает в газовой горелке кухонной плиты при нагревании $10 space л$ воды от температуры $10 degree C$ до температуры $100 degree C$, если на нагревание воды идет $r = 60 %$ выделяющейся при сгорании энергии?

При записи условий задачи, обозначим все величины, связанные с водой, нижним индексом “в”, а с природным газом — “г”.

$V_г — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Задача №7

Используя графики зависимости количества теплоты, выделяющегося при полном сгорании топлива, от массы топлива (рисунок 1), определите для каких видов топлива построены эти графики, и вычислите количество теплоты, которое выделяется при сгорании $2.2 space кг$ каждого вида топлива.

Для того чтобы записать условия задачи, давайте получим нужную нам информацию из представленных графиков.

Посмотрим на графики и выберем удобные для нас точки, чтобы соотнести точное количество теплоты и массу топлива. Для графика №1: при массе топлива $5 space кг$ выделяется $150 space МДж$ энергии. У графика №2: при массе топлива $3.5 space кг$ выделяется $50 space МДж$ энергии.

Для того чтобы определить вид топлива, нам нужно найти его удельную теплоту сгорания. Значит, их мы и будем искать для ответа на первый вопрос задачи. Теперь можно записать условия задачи.

$q_1 — ?$
$q_2 — ?$
$Q_{11} — ?$
$Q_{22} — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Найдите КПД примуса, в котором при нагревании $4 space л$ воды от $20 degree C$ до $75 degree C$ сгорело $50 space г$ керосина.

$eta — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Задача №9

КПД шахтной печи составляет $60 %$. Сколько надо древесного угля, чтобы нагреть $10 space 000 space кг$ чугуна от $20 degree C$ до $1100 degree C$?

Дано:
$eta = 60 % = 0.6$
$m_ч = 10 space 000 space кг$
$c_ч = 540 frac{Дж}{кг cdot degree C}$
$t_1 = 20 degree C$
$t_2 = 1100 degree C$
$q_у = 3.4 cdot 10^7 frac{Дж}{кг}$

$m_у — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Задача №10

Легковой автомобиль прошел путь, равный $320 space км$ со средней скоростью $80 frac{км}{ч}$. При этом было израсходовано $20 space л$ бензина. Определите среднюю мощность автомобиля на этом пути, если только третья часть теплоты, полученной при сгорании топлива, использовалась полезно.

$N_{ср} — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Автор статьи — профессиональный репетитор О. В. Овчинникова.

Задача 33 на ЕГЭ по химии – это определение формулы органического вещества. Часто выпускники теряют баллы на этой задаче. Причин несколько:

1. Некорректное оформление;
2. Решение не математическим путем, а методом перебора;
3. Неверно составленная общая формула вещества;
4. Ошибки при написании требуемых уравнений реакций с участием найденного вещества.

к оглавлению ▴

Типы задач в задании 33.

1. 1. Определение молекулярной формулы вещества по массовым долям химических элементов или по общей формуле вещества, а затем его структурной формулы по химическим свойствам;
2. 2. Определение молекулярной формулы вещества по продуктам сгорания, а затем его структурной формулы по химическим свойствам.

Стоит отметить, что во всех подобных заданиях ЕГЭ требуется написать уравнение реакции, в котором принимает участие искомое вещество. Так что знание реакций тоже необходимо.

к оглавлению ▴

Необходимые теоретические сведения.

1. Массовая доля элемента в веществе.

   Массовая доля элемента — это его содержание в веществе в процентах по массе.
   Например, в веществе состава содержится атома углерода и атома водорода. Если взять молекулу такого вещества, то его молекулярная масса будет равна: а.е.м. и там содержится а.е.м. углерода.

   Чтобы найти массовую долю углерода в этом веществе, надо его массу разделить на массу всего вещества:

   или

   Если вещество имеет общую формулу , то массовые доли каждого их атомов так же равны отношению их массы к массе всего вещества. Масса атомов равна , масса атомов , масса атомов кислорода

   Тогда

   

   Если записать эту формулу в общем виде, то получится следующее выражение:

   Массовая доля атома Э в веществе   =	Атомная масса атома Э	•	число атомов Э в	молекуле
   Аr(Э) • z
   ——————
   Mr(вещ.)
   Молекулярная масса вещества

2. Молекулярная и простейшая формула вещества.Молекулярная (истинная) формула — формула, в которой отражается реальное число атомов каждого вида, входящих в молекулу вещества.

   Например, — истинная формула бензола.

   Простейшая (эмпирическая) формула — показывает соотношение атомов в веществе.
   Например, для бензола соотношение , т.е. простейшая формула бензола — .
   Молекулярная формула может совпадать с простейшей или быть кратной ей.

   Примеры.

   Вещество	Молекулярная формула	Соотношение атомов	Простейшая формула
   Этанол
   Бутен
   Уксусная кислота

   Если в задаче даны только массовые доли элементов, то в процессе решения задачи можно вычислить только простейшую формулу вещества. Для получения истинной формулы в задаче обычно даются дополнительные данные — молярная масса, относительная или абсолютная плотность вещества или другие данные, с помощью которых можно определить молярную массу вещества.

3. Относительная плотность газа по газу

   Относительная плотность — это величина, которая показывает, во сколько раз газ тяжелее газа . Её рассчитывают как отношение молярных масс газов и :

   

   Часто для расчетов используют относительные плотности газов по водороду и по воздуху.

   Относительная плотность газа по водороду:

   

   Воздух — это смесь газов, поэтому для него можно рассчитать только среднюю молярную массу. Её величина принята за г/моль (исходя из примерного усреднённого состава).
   Поэтому:

   

4. Абсолютная плотность газа при нормальных условиях.Абсолютная плотность газа — это масса л газа при нормальных условиях. Обычно для газов её измеряют в г/л.

   

   Если взять моль газа, то тогда:

   ,

   а молярную массу газа можно найти, умножая плотность на молярный объём.

5. Общие формулы веществ разных классов.

   Часто для решения задач с химическими реакциями удобно пользоваться не обычной общей формулой, а формулой, в которой выделена отдельно кратная связь или функциональная группа.

   Класс органических веществ	Общая молекулярная формула	Формула с выделенной кратной связью и функциональной группой
   Алканы		—
   Алкены
   Алкины
   Диены		—
   Гомологи бензола
   Предельные одноатомные спирты
   Многоатомные спирты
   Предельные альдегиды
   Кетоны
   Фенолы
   Предельные карбоновые кислоты
   Сложные эфиры
   Амины
   Аминокислоты (предельные одноосновные)

к оглавлению ▴

Определение формул веществ по массовым долям атомов, входящих в его состав.

Решение таких задач состоит из двух частей:

1. Пример 1.
   Определить формулу вещества, если оно содержит и и имеет относительную плотность по воздуху, равную .

Решение примера 1.

1. Пусть масса вещества равна г. Тогда масса будет равна г, а масса г.
2. Найдём количество вещества каждого атома:

   моль,

   моль.

3. Определяем мольное соотношение атомов и :

   (сократим оба числа на меньшее) (домножим на )

   Таким образом, простейшая формула . Однако вещества с такой формулой не существует. Для нахождения молекулярной формулы нам потребуется домножать простейшую формулу на небольшие числа: 2, 3 и т. п. Например при домножении эмпирической формулы на 2 мы получаем алкан, имеющий в своём составе 8 атомов углерода: .
   Чтобы проверить, правильна ли найденная нами формула, необходимо использовать дополнительные данные, которые всегда указаны в задаче. Это могут быть либо химические свойства вещества, либо информация, позволяющая вычислить его молярную массу. В данном случае дана относительная плотность соединения по воздуху.

4. По относительной плотности рассчитаем молярную массу:

   г/моль.

   Молярная масса, соответствующая простейшей формуле г/моль, это в раза меньше истинно молярной массы.

   Значит, истинная формула .

Есть гораздо более простой метод решения такой задачи, но, к сожалению, за него не поставят полный балл. Зато он подойдёт для проверки истинной формулы, т.е. с его помощью вы можете проверить своё решение.

Метод 2: Находим истинную молярную массу ( г/моль), а затем находим массы атомов углерода и водорода в этом веществе по их массовым долям.

т.е. число атомов

т.е число атомов

Формула вещества .

1. Пример 2.
   Определить формулу алкина с плотностью г/л при нормальных условиях.

Решение примера 2.

Общая формула алкина

Как, имея плотность газообразного алкина, найти его молярную массу? Плотность — это масса литра газа при нормальных условиях.

Так как моль вещества занимает объём л, то необходимо узнать, сколько весят л такого газа:

плотность молярный объём г/л л/моль = г/моль.

Далее, составим уравнение, связывающее молярную массу и :

Значит, алкин имеет формулу

1. Пример 3.
   Определить формулу предельного альдегида, если известно, что молекул этого альдегида весят г.

Решение примера 3.

В этой задаче дано число молекул и соответствующая масса. Исходя из этих данных, нам необходимо вновь найти величину молярной массы вещества.

Для этого нужно вспомнить, какое число молекул содержится в моль вещества.

Это число Авогадро: (молекул).

Значит, можно найти количество вещества альдегида:

моль,

и молярную массу:

г/моль.

Далее, как в предыдущем примере, составляем уравнение и находим .

Общая формула предельного альдегида , то есть .

1. Пример 4.
   Определить формулу дихлоралкана, содержащего углерода.

Решение примера 4.

Общая формула дихлоралкана: , там атома хлора и атомов углерода.

Тогда массовая доля углерода равна:

число атомов в молекулеатомная масса молекулярная масса дихлоралкана

вещество — дихлорпропан.

к оглавлению ▴

Определение формул веществ по продуктам сгорания.

В задачах на сгорание количества веществ элементов, входящих в исследуемое вещество, определяют по объёмам и массам продуктов сгорания — углекислого газа, воды, азота и других. Остальное решение — такое же, как и в первом типе задач.

1. Пример 5.
   мл (н. у.) газообразного предельного нециклического углеводорода сожгли, и продукты реакции пропустили через избыток известковой воды, при этом образовалось г осадка. Какой углеводород был взят?

Решение примера 5.

1. Общая формула газообразного предельного нециклического углеводорода (алкана) —

   Тогда схема реакции сгорания выглядит так:

   

   Нетрудно заметить, что при сгорании моль алкана выделится моль углекислого газа.

   Количество вещества алкана находим по его объёму (не забудьте перевести миллилитры в литры!):

   моль.

2. При пропускании углекислого газа через известковую воду выпадает осадок карбоната кальция:

   

   Масса осадка карбоната кальция — г, молярная масса карбоната кальция г/моль.

   Значит, его количество вещества

   моль.

   Количество вещества углекислого газа тоже моль.

3. Количество углекислого газа в раза больше чем алкана, значит формула алкана .

1. Пример 6.
   Относительная плотность паров органического соединения по азоту равна . При сжигании г этого соединения образуется л углекислого газа (н. у) и г воды. Выведите молекулярную формулу органического соединения.

Решение примера 6.

Так как вещество при сгорании превращается в углекислый газ и воду, значит, оно состоит из атомов и, возможно, . Поэтому его общую формулу можно записать как .

1. Схему реакции сгорания мы можем записать (без расстановки коэффициентов):

   

   Весь углерод из исходного вещества переходит в углекислый газ, а весь водород — в воду.

2. Находим количества веществ и , и определяем, сколько моль атомов и в них содержится:

   моль.

   На одну молекулу приходится один атом , значит, углерода столько же моль, сколько .

   моль

   моль.

   В одной молекуле воды содержатся два атома , значит количество водорода в два раза больше, чем воды.

   моль.

3. Проверяем наличие в веществе кислорода. Для этого из массы всего исходного вещества надо вычесть массы и .

   г, г

   Масса всего вещества г.

   , т.е.в данном веществе нет атомов кислорода.

   Если бы кислород в данном веществе присутствовал, то по его массе можно было бы найти количество вещества и рассчитывать простейшую формулу, исходя из наличия трёх разных атомов.

4. Дальнейшие действия вам уже знакомы: поиск простейшей и истинной формул.

   

   Простейшая формула .

5. Истинную молярную массу ищем по относительной плотности газа по азоту (не забудьте, что азот состоит из двухатомных молекул и его молярная масса г/моль):

   г/моль.

   Истиная формула , её молярная масса .

   

   Истинная формула .

1. Пример 7.
   Определите молекулярную формулу вещества, при сгорании г которого образовалось г г воды и азот. Относительная плотность этого вещества по водороду — . Определить молекулярную формулу вещества.

Решение примера 7.

1. Вещество содержит атомы и . Так как масса азота в продуктах сгорания не дана, её надо будет рассчитывать, исходя из массы всего органического вещества.
   Схема реакции горения:

   

2. Находим количества веществ и , и определяем, сколько моль атомов и в них содержится:
3. Находим массу азота в исходном веществе.

   Для этого из массы всего исходного вещества надо вычесть массы и .

   г,

   г

   Масса всего вещества г.

   г ,

   моль.

4. 

   Простейшая формула —

   Истинная молярная масса

   г/моль.

   Она совпадает с молярной массой, рассчитанной для простейшей формулы. То есть это и есть истинная формула вещества.

1. Пример 8.
   Вещества содержит и . При сгорании г его выделилось г г , а сера была полностью переведена в сульфат бария, масса которого оказалась равна г. Определить формулу вещества.

Решение примера 8.

Формулу заданного вещества можно представить как При его сжигании получается углекислый газ, вода и сернистый газ, который затем превращают в сульфат бария. Соответственно, вся сера из исходного вещества превращена в сульфат бария.

1. Находим количества веществ углекислого газа, воды и сульфата бария и соответствующих химических элементов из исследуемого вещества:

   моль.

   моль.

   моль.

   моль.

   моль.

   моль.

2. Рассчитываем предполагаемую массу кислорода в исходном веществе:
3. Находим мольное соотношение элементов в веществе:

   

   Формула вещества

   Надо отметить, что таким образом мы получили только простейшую формулу.

   Однако, полученная формула является истинной, поскольку при попытке удвоения этой формулы получается, что на 4 атома углерода, помимо серы и кислорода, приходится 12 атомов Н, а это невозможно.

к оглавлению ▴

Определение формул веществ по химическим свойствам.

1. Пример 9.
   Определить формулу алкадиена, если г его могут обесцветить г -го раствора брома.

Решение примера 9.

1. Общая формула алкадиенов — .

   Запишем уравнение реакции присоединения брома к алкадиену, не забывая, что в молекуле диена две двойные связи и, соответственно, в реакцию с моль диена вступят моль брома:

   

2. Так как в задаче даны масса и процентная концентрация раствора брома, прореагировавшего с диеном, можно рассчитать количества вещества прореагировавшего брома:

   г

   моль.

3. Так как количество брома, вступившего в реакцию, в раза больше, чем алкадиена, можно найти количество диена и (так как известна его масса) его молярную массу:

   г/моль.

4. Находим формулу алкадиена по его общей формул, выражая молярную массу через :

   

   

   Это пентадиен .

1. Пример 10.
   При взаимодействии г предельного одноатомного спирта с металлическим натрием выделился водород в количестве, достаточном для гидрирования мл пропена (н. у.). Что это за спирт?

Решение примера 10.

1. Формула предельного одноатомного спирта — Здесь удобно записывать спирт в такой форме, в которой легко составить уравнение реакции — т.е. с выделенной отдельно группой .
2. Составим уравнения реакций (нельзя забывать о необходимости уравнивать реакции):

   

   

3. Можно найти количество пропена, а по нему — количество водорода. Зная количество водорода, по реакции находим количество вещества спирта:
4. Находим молярную массу спирта и :

   Спирт — бутанол .

1. Пример 11.
   Определить формулу сложного эфира, при гидролизе г которого выделяется г спирта и г одноосновной карбоновой кислоты.

Решение примера 11.

1. Общую формулу сложного эфира, состоящего из спирта и кислоты с разным числом атомов углерода можно представить в таком виде:

   

   Соответственно, спирт будет иметь формулу

   ,

   а кислота

   .

   Уравнение гидролиза сложного эфира:

   

2. Согласно закону сохранения массы веществ, сумма масс исходных веществ и сумма масс продуктов реакции равны.

   Поэтому из данных задачи можно найти массу воды:

   = (масса кислоты) + (масса спирта) − (масса эфира) = г

   моль

   Соответственно, количества веществ кислоты и спирта тоже равны моль.

   Можно найти их молярные массы:

   г/моль,

   г/моль.

   Получим два уравнения, из которых найдём и :

   — уксусная кислота

   — этанол.

   Таким образом, искомый эфир — это этиловый эфир уксусной кислоты, этилацетат.

1. Пример 12.
   Определить формулу аминокислоты, если при действии на г её избытком гидроксида натрия можно получить г натриевой соли этой кислоты.

Решение примера 12.

1. Общая формула аминокислоты (если считать, что она не содержит никаких других функциональных групп, кроме одной аминогруппы и одной карбоксильной):

   .

   Можно было бы записать её разными способами, но для удобства написания уравнения реакции лучше выделять в формуле аминокислоты функциональные группы отдельно.

2. Можно составить уравнение реакции этой аминокислоты с гидроксидом натрия:

   

   Количества вещества аминокислоты и её натриевой соли — равны. При этом мы не можем найти массу какого-либо из веществ в уравнении реакции. Поэтому в таких задачах надо выразить количества веществ аминокислоты и её соли через молярные массы и приравнять их:

   Легко увидеть, что .

   Можно это сделать математически, если принять, что .

   .

   Это аланин — аминопропановая кислота.

Однако на данном этапе решение задачи не заканчивается. В ней требуется установить и структурную формулу вещества. Вот пример подобного задания:
При сгорании 5,8 г органического вещества образуется 6,72 л углекислого газа и 5,4 г воды. Плотность паров этого вещества по воздуху равна 2.

Установлено, что это вещество не взаимодействует с аммиачным раствором оксида серебра, но каталитически восстанавливается водородом с образованием вторичного спирта и способно окисляться подкисленным раствором перманганата калия до карбоновой кислоты и углекислого газа. На основании этих данных:

1) установите простейшую формулу исходного вещества,
2) составьте его структурную формулу,
3) приведите уравнение реакции его взаимодействия с водородом.

(источник: Типовые тестовые задания по химии, под редакцией Ю. Н. Медведева. 2015 г.)

В первой части задачи в результате вычислений мы находим молекулярную формулу соединения: C3H6O. Затем начинаем путём логических размышлений находить структурную формулу. Общая формула CnH2nO характерна для альдегидов и кетонов, так же возможно предположить спирт: пропен-2-ол-1 (напомним: соединение с гидроксильной группы у атома углерода, образующего двойную связь является неустойчивым). Во-первых, данное вещество не подвергается окислению аммиачным раствором оксида серебра, значит, это не альдегид. Во-вторых, данное вещество каталитически восстанавливается водородом с образованием вторичного спирта, а значит, это не спирт. Единственный оставшийся вариант – кетон, а именно – ацетон. Подтверждает это и возможность окисления соединения кислым перманганатом калия до углекислого газа и карбоновой кислоты. Написание уравнения реакции уже не должно вызвать затруднений.

к оглавлению ▴

Задачи для самостоятельного решения.

С целью упрощения
расчёта все горючие вещества разделены
на три типа: индивидуальные, сложные,
смеси горючих газов (табл. 1.2.1).

Таблица 1.2.1

Тип горючего вещества	Расчетные формулы	Размерность
Индивидуальное вещество	(1.2.1) (1.2.2)
Вещество сложного состава	(1.2.3) (1.2.4) (1.2.5) (1.2.6)
Смесь газов	(1.2.7) (1.2.8)

Здесь
-теоретический
объём продуктов горения;-количествоi-го
продукта горения в уравнении реакции,
кмоль;
-количество
горючего, кмоль;-объём
1 кмоля газа;-молекулярная
масса горючего;-объёмi-го
продукта реакции; C,
H,
S,
O,
N
–содержание соответствующих элементов
(углерода, водорода, серы, кислорода и
азота) в горючем веществе, % вес;
-содержаниеi-го
горючего компонента в газовой смеси,
%об.;
–
содержаниеi-го
негорючего компонента в составе газовой
смеси, % об.

Практический
(полный) объём продуктов горения состоит
из теоретического объёма продуктов
горения и избытка воздуха

(1.2.9)

или

(1.2.10)

Состав продуктов
горения, т.е. содержание i-го
компонента определяется по формуле

(1.2.11)

где – содержаниеI
– го компонента в продуктах сгорания, %
об.;

– объём I
– го компонента, м³,
кмоль;

– полный объём
продуктов горения, м³,
кмоль.

При горении в
избытке воздуха в продуктах горения
содержится кислород и азот

(1.2.12)

(1.2.13)

где -теоретический
объём азота в продуктах горения, м³,
кмоль.

(1.2.14)

Примеры

Пример 1. Какое
количество продуктов горения выделится
при сгорании 1м³
ацетилена в воздухе, если температура
горения составила 1450 К.

Решение.

Горючее-индивидуальное
химическое соединение (формула 1.2.1).
Запишем уравнение химической реакции
горения

C₂H₂+O₂+N₂=2CO₂+H₂O+N₂

Объём продуктов
горения при нормальных условиях

м³/м³

Объём продуктов
горения при 1450 К

м³/м³

Пример 2. Определить
объём продуктов горения при сгорании
1 кг фенола, если температура горения
1200 К, давление 95000 Па, коэффициент избытка
воздуха 1,5.

Решение.

Горючее-индивидуальное
химическое соединение(формула 1.2.2).
Запишем уравнение химической реакции
горения

C₆H₅OH+O₂+N₂=6CO₂+3H₂O+N₂

Молекулярная масса
горючего 98.

Теоретический
объём продуктов горения при нормальных
условиях

м³/кг

Практический объём
воздуха при нормальных условиях

м³/кг

Объём продуктов
горения при заданных условиях

м³/м³

Пример 3. Определить
объём продуктов горения при сгорании
1 кг органической массы состава: С-55%,
О-13%, Н-5%, S-7%,
N-3%,
W
17%, если температура горения 1170 К,
коэффициент избытка воздуха – 1.3.

Решение.

Горючее вещество
сложного состава (формулы 1.2.3 – 1.2.6).
Теоретический состав продуктов горения
при нормальных условиях

м³/кг

м³/кг

м³/кг

м³/кг

Полный теоретический
объём продуктов горения при нормальных
условиях

=1+0,8+0,05+4,7=6,55
м³/кг

Практический объём
продуктов горения при нормальных
условиях

=6,55+0,269(1,3-1)=6,55+1,8=8,35
м³/кг

Практический объём
продуктов горения при температуре
горения

=м³/кг.

Пример 4. Рассчитать
объём продуктов горения при сгорании
1м³
газовой смеси, состоящей из С₃Н₆-70%,
С₃Н₈-10%,
СО₂-5%,
О₂-15%,
если температура горения 1300 К, коэффициент
избытка воздуха – 2,8. Температура
окружающей среды 293 К.

Решение.

Горючее – смесь
газов (формула 1.2.7).

Объём продуктов
горения определяется по формуле (1.2.8)

м³/м³

м³/м³

Так как газовая
смесь содержит в составе кислород, он
будет окислять часть горючих компонентов,
следовательно, понизится расход воздуха
(формула 1.1.5).

В этом случае
теоретический объём азота удобнее
определять по формуле (1.2.14)

м³/м³

Теоретический
объём продуктов горения

м³/м³

Практический объём
продуктов горения

Объём продуктов
горения при температуре 1300 К

м³/м³.

Пример 5. Определить
состав продуктов горения метилэтилкетона.

Решение.

При такой постановки
задачи рационально определить
непосредственно из уравнения горения
объём продуктов в кмолях, выделившихся
при сгорании 1 кмоля горючего

,

кмоля;
кмоля;кмоля;кмоля.

По формуле (1.2.11)
находим состав продуктов горения

Пример 6. Определить
объём и состав продуктов горения 1 кг
минерального масла состава: С-85%, Н-15%,
если температура горения 1450 К, коэффициент
избытка воздуха – 1,9.

Решение. По формулам
(1.2.3 – 1.2.6) определим объём продуктов
горения

м³/кг

м³/кг

м³/кг

Теоретический
объём продуктов горения при нормальных
условиях

м³/кг

Практический объём
продуктов горения при нормальных
условиях формула (1.2.10)

м³/кг

Объём продуктов
горения при температуре 1450 К

м³/кг

Очевидно, что
состав продуктов горения не зависит от
температуры горения, поэтому целесообразно
определить его при нормальных условиях.
По формулам (1.2.11;1.2.13)

;
;

Пример 7. Определить
количество сгоревшего ацетона, кг, если
объём выделившийся двуокиси углерода,
приведённый к нормальным условиям,
составил 50 м³.

Решение.

Запишем уравнение
реакции горения ацетона в воздухе

Из уравнения
следует, что при горении из 58 кг
(молекулярная масса ацетона) выделяется
м³
двуокиси углерода. Тогда для образования
50 м³
двуокиси углерода должно вступить в
реакцию Мг горючего

кг

Пример 8. Определить
количество сгоревшей органической
массы состава C-58%,
O-22%,
H-8%,
N-2%,
W-10%
в помещении объёмом 350 м³,
если содержание двуокиси углерода
составило 5%.

Решение. Определим
объём выделившейся двуокиси углерода

м³.

По формуле (1.2.6)
для вещества сложного состава определим
объём СО₂,
выделившейся при горении 1 кг горючего,

м³/кг.

Определим количество
сгоревшего вещества

кг.

Пример 9. Определить
время, когда содержание двуокиси углерода
в помещении объёмом 480 м³
в результате горения древесины (C-45%,
H-50%,
O-42%,
W-8%)
составило 8%, если удельная массовая
скорость выгорания древесины 0,008
кг/(м²с),
а поверхность горения 38 м².
При решении газообмен с окружающей
средой не учитывать, разбавлением в
результате выделения продуктов горения
пренебречь.

Решение.

Поскольку не
учитывается разбавление продуктов
горения, определяем объём выделившейся
в результате горения двуокиси углерода,
соответствующей 8% её содержания в
атмосфере

м³

Из выражения
(1.2.3) определим, сколько должно сгореть
горючего материала, чтобы выделился
данный объём двуокиси углерода

кг.

Время горения
определим, исходя из соотношения

,

где – время горения;

Мг
– масса выгоревшей древесины, кг;

– массовая скорость
выгорания древесины, кг/(м²с);

F
– поверхность горения, м²;

мин.

Задание на
самостоятельную работу

Задача 3: Определить
объем продуктов горения при сгорании
1 кг заданного вещества, если тепература
горения … К, давление … мм рт.ст., =
… .

Вариант	Вещество	Тп.г., К	Р, мм рт.ст.	
1	Амилбензол	1200	740	1,1
2	Н-Амиловый спирт	1210	745	1,2
3	Анизол	1220	750	1,3
4	Анилин	1230	755	1,4
5	Бутилацетат	1240	720	1,5
6	Бутиловый спирт	1250	725	1,6
7	Бензол	1260	730	1,7
8	Диэтиловый эфир	1270	735	1,8
9	Ксилол	1280	710	1,1
10	Уайт-спирит	1290	715	1,2
11	Этиленгликоль	1300	717	1,3
12	Трет-Амиловый спирт	1310	719	1,4
13	Гексан	1320	724	1,5
14	Метиловый спирт	1330	732	1,6
15	Толуол	1340	754	1,7
16	Стирол	1350	756	1,8
17	Пентан	1360	721	1,1
18	Этанол	1370	700	1,2
19	Амилметилкетон	1380	708	1,3
20	Бутилбензол	1390	704	1,4
21	Бутилвиниловый эфир	1400	706	1,5
22	Ацетон	1100	757	1,6
23	Этиловый спирт	1150	746	1,7
24	Гептан	1160	738	1,8
25	Октан	1120	737	1,1
26	Гексан	1370	747	1,2
27	Бутиловый спирт	1365	754	1,3
28	Анилин	1400	748	1,4
29	Бензол	1354	750	1,5
30	Ксилол	1378	751	1,6

Задача 4: Определить
объем и состав (% об.) продуктов горения,
выделившихся при сгорании 1 м³горючего газа, если температура горения
составила … К, давление … мм рт.ст.

Вариант	Вещество	Тп.г., К	Р, мм рт.ст.
1	Ацетилен	1200	750
2	Метан	1210	749
3	Окись углерода	1220	748
4	Этан	1230	747
5	Водород	1240	746
6	Пропан	1250	745
7	Сероводород	1260	744
8	Бутан	1270	743
9	Ацетилен	1280	742
10	Метан	1290	741
11	Окись углерода	1300	740
12	Этан	1310	759
13	Водород	1320	758
14	Пропан	1330	757
15	Сероводород	1340	756
16	Бутан	1350	755
17	Метан	1360	754
18	Этан	1370	753
19	Пропан	1380	752
20	Бутан	1390	751
21	Окись углерода	1400	750
22	Ацетилен	1100	749
23	Водород	1150	748
24	Метан	1160	747
25	Ацетилен	1120	746
26	Метан	1370	745
27	Окись углерода	1365	744
28	Этан	1400	743
29	Водород	1354	742
30	Пропан	1378	741

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Решение во вложении:

A=FS=8*10^3*5*10^(-2)=400Дж (1м=100см,кН=Н*10^3)